一种酶催化脱除油脂中游离脂肪酸的方法

本发明涉及一种油脂精炼脱酸加工技术，具体是一种利用多功能天然低共熔溶剂用于脂肪酶催化脱除油脂中游离脂肪酸的方法。

背景技术：

未经加工的天然动、植物油通常除含有营养丰富的甘油酯、活性组分和蛋白质外，还含有如易氧化的游离脂肪酸等物质，这类物质的存在会加快油脂氧化甚至威胁人体健康，从而需要对游离脂肪酸进行加工脱除，才能使食用油满足国家食品安全标准，因此，加工脱酸是油脂精炼过程中必不可少的工艺。

目前用于油脂脱酸的工艺主要包括化学碱炼脱酸、物理法脱酸、以及生物酶法脱酸。其中化学碱炼脱酸因成本较低、工艺流程简易、脱酸效率高是最普遍采用的方法，但该工艺的不足是会形成大量皂角，尤其是高酸价毛油导致中性油的损失较大，并且也因皂角导致油脂中活性成分的流失，降低了油品品质，而且在化学脱酸后续工艺会产生大量的工业废水，加剧环境压力。物理脱酸方法也有一定的应用前景，其主要特点是工艺流程简单、无废水污染，但能耗需求较大，工艺温度较高，易导致油脂副反应的发生，同时工艺前处理要求高，油脂色泽深加大后续脱色处理成本。比较而言，生物脂肪酶酶法脱酸获得的关注度越来越来高，主要是归因于生物酶法脱酸工艺绿色、安全、专一性等优点，尽管酶法脱酸工艺具有较好的应用潜力，其传统的工艺仍显不足，通常酶法催化脱酸需要加入强极性的酰基受体(极性醇类)与游离脂肪酸反应，催化形成产物甘油酯和水，而该反应具有可逆性，为加快正向反应，策略是维持真空度减少产物水分的积累，但该过程无疑限制易挥发酰基受体批次添加，而“一锅法”工艺因高极性醇类浓度直接降低酶催化活性和稳定性，难以满足实际工业化生产要求。

技术实现要素：

本发明目的是基于上述技术的不足而研制的一种多功能性天然低共熔溶剂用于油脂酶法脱酸体系。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种酶催化脱除油脂中游离脂肪酸的方法，将低共熔溶剂与植物毛油混合，加入脂肪酶搅拌反应，反应结束后离心分离，上层油相即为脱除游离脂肪酸的植物毛油。下层溶剂和脂肪酶能多批次利用。

优选地，所述反应温度为30～80℃。

优选地，所述反应时间为0.5～3h。

优选地，所述脂肪酶与植物毛油的质量比为1:10～1:20。

优选地，所述脂肪酶为lipaseg50、novozyme435、lipozymermim、lipozymetlim、lipaseays一种或两种以上。

优选地，所述低共熔溶剂是由氢键供体多元醇与氢键受体氯化胆碱或甜菜碱组成的溶剂，该溶剂在室温呈液体。所述天然低共熔溶剂合成的方法如下：将溶剂组分按比例混合，在水浴中加热直至形成透明液体状溶剂。

优选地，所述多元醇为正丁醇、叔丁醇、甘油、乙二醇中任意一种；所述多元醇与氯化胆碱或甜菜碱的摩尔比为3:1～1:3。

优选地，所述低共熔溶剂与植物毛油混合质量比为1:2～2:1。

优选地，所述动植物毛油为米糠毛油、菜籽毛油、大豆毛油中的一种或两种以上。

优选地，所述天然低共熔溶剂和脂肪酶可回收批次：5～10次。

本发明定向设计酰基受体类天然低共熔溶剂用于酶法脱酸，其原理在于：酰基受体类天然低共熔溶剂与油脂中游离脂肪酸在脂肪酶催化下进行酯化反应实现脱酸，溶剂因具有较强亲水性能够及时将反应生成的水分萃取在溶剂相，快速与油相分离，加快脱酸进程。同时天然低共熔溶剂是一类含有氢键网络的体系，与脂肪酶氨基酸残基形成氢键相互作用，可以提高脂肪酶稳定性，实现脂肪酶多批次利用，减少成本。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明所构建的多功能性天然低共熔溶剂体系可实现脂肪酶催化同步脱酸脱水，酰基受体类天然低共熔溶剂既是反应底物也是反应介质，作为底物与游离脂肪酸酯化为甘油酯，实现了游离脂肪酸向甘油酯转化，减少原料损耗，提高了油脂得率；且溶剂组分环境友好、具有难挥发的优点。

(2)天然低共熔溶剂作为反应介质具有同步脱水功能，脱酸过程无需真空抽滤脱水(传统有机溶剂无法脱水，需要额外真空脱水装置)，减低成本。

(3)本发明工艺制备的植物毛油酸值低，具有较好的脱酸效果，中性油损失小，油品稳定性好。

(4)本发明能快速与油相分离，加快脱酸进程，反应时间可缩短至3h以内，且产物易分离纯化，催化反应体系可多批次回收利用，减少酶法脱酸的成本，具有更好的经济性和环保性。

附图说明

图1为本发明低共熔溶剂体系(a)、传统有机溶剂体系(b)脱酸后的效果图。

具体实施方式

通过实施例更详细地介绍本发明的实施，但本发明的范围不限于以下实施例。

下面实施例中有关植物毛油和天然低共熔溶剂信息如下：

(1)米糠毛油(初始酸价34.23mgkoh/g)、大豆毛油(初始酸价2.76mgkoh/g)、菜籽毛油(初始酸价2.86mgkoh/g)，益海嘉里上海有限公司。

(2)正丁醇、叔丁醇、甘油、乙二醇、氯化胆碱、甜菜碱均购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，氯化胆碱、甜菜碱在室温为固体粉末，正丁醇、叔丁醇、甘油、乙二醇为液体。

(3)氢键供体正丁醇、叔丁醇、甘油、乙二醇与氢键受体氯化胆碱所制备的天然低共熔溶剂在室温下均为液体，氢键供体正丁醇、叔丁醇、甘油、乙二醇与氢键受体甜菜碱所制备的天然低共熔溶剂在室温下均为液体。

(4)脂肪酶lipaseg50、lipaseays购买于日本天野公司；novozyme435、lipozymermim、lipozymetlim购买于诺维信公司。

实施例1

称取摩尔比例1:3的氯化胆碱/甘油天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入100g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入10glipozymetlim脂肪酶，混合物在30℃水浴搅拌反应3h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价2.47mgkoh/g，脱酸率92.78％，中性油得率97.23％，测得大豆毛油酸价0.28mgkoh/g，脱酸率89.86％，中性油得率98.17％，测得菜籽毛油酸价0.26mgkoh/g，脱酸率90.91％，中性油得率96.34％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶10批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例2

称取摩尔比例1:2的氯化胆碱/正丁醇天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入50g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入10glipozymermim脂肪酶，混合物在40℃水浴搅拌反应1h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价2.78mgkoh/g，脱酸率91.87％，中性油得率96.27％，测得大豆毛油酸价0.27mgkoh/g，脱酸率90.22％，中性油得率94.23％，测得菜籽毛油酸价0.31mgkoh/g，脱酸率89.16％，中性油得率80.32％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶10批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例3

称取摩尔比例1:1的氯化胆碱/叔丁醇天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入200g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入10gnovozyme435脂肪酶，混合物在50℃水浴搅拌反应0.5h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价4.45mgkoh/g，脱酸率86.99％，中性油得率93.16％，测得大豆毛油酸价0.24mgkoh/g，脱酸率91.30％，中性油得率95.31％，测得菜籽毛油酸价0.26mgkoh/g，脱酸率90.91％，中性油得率95.42％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶8批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例4

称取摩尔比例2:1的氯化胆碱/乙二醇天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入150g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入10glipaseg50脂肪酶，混合物在60℃水浴搅拌反应2h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价4.52mgkoh/g，脱酸率86.79％，中性油得率90.36％，测得大豆毛油酸价0.38mgkoh/g，脱酸率86.23％，中性油得率92.13％，测得菜籽毛油酸价0.35mgkoh/g，脱酸率87.76％，中性油得率90.12％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶5批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例5

称取摩尔比例3:1的氯化胆碱/甘油天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入100g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入5glipaseays脂肪酶，混合物在70℃水浴搅拌反应0.5h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价4.21mgkoh/g，脱酸率87.70％，中性油得率92.36％，测得大豆毛油酸价0.50mgkoh/g，脱酸率81.88％，中性油得率93.46％，测得菜籽毛油酸价0.43mgkoh/g，脱酸率84.97％，中性油得率93.72％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶7批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例6

称取摩尔比例1:3的甜菜碱/甘油天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入100g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入5glipozymetlim脂肪酶，混合物在80℃水浴搅拌反应3h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价2.35mgkoh/g，脱酸率93.13％，中性油得率91.23％，测得大豆毛油酸价0.25mgkoh/g，脱酸率90.94％，中性油得率95.46％，测得菜籽毛油酸价0.34mgkoh/g，脱酸率87.06％，中性油得率92.76％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶7批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例7

称取摩尔比例1:2的甜菜碱/乙二醇天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入50g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入5gnovozyme435脂肪酶，混合物在60℃水浴搅拌反应0.5h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价4.03mgkoh/g，脱酸率88.23％，中性油得率85.23％，测得大豆毛油酸价0.31mgkoh/g，脱酸率88.77％，中性油得率86.5％，测得菜籽毛油酸价0.36mgkoh/g，脱酸率87.41％，中性油得率84.17％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶5批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例8

称取摩尔比例1:1的甜菜碱/正丁醇天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入200g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入10glipozymermim脂肪酶，混合物在50℃水浴搅拌反应2h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价3.26mgkoh/g，脱酸率90.48％，中性油得率90.23％，测得大豆毛油酸价0.17mgkoh/g，脱酸率93.84％，中性油得率92.58％，测得菜籽毛油酸价0.20mgkoh/g，脱酸率93.01％，中性油得率93.47％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶7批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例9

称取摩尔比例2:1的甜菜碱/叔丁醇天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入150g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入15glipaseg50脂肪酶，混合物在80℃水浴搅拌反应1h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价4.45mgkoh/g，脱酸率86.99％，中性油得率90.29％，测得大豆毛油酸价0.36mgkoh/g，脱酸率86.96％，中性油得率90.12％，测得菜籽毛油酸价0.38mgkoh/g，脱酸率86.71％，中性油得率89.76％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶5批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例10

称取摩尔比例3:1的氯化胆碱/甘油天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入100g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入5glipaseays脂肪酶，混合物在70℃水浴搅拌反应0.5h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价3.48mgkoh/g，脱酸率89.83％，中性油得率94.26％，测得大豆毛油酸价0.36mgkoh/g，脱酸率86.96％，中性油得率92.43％，测得菜籽毛油酸价0.39mgkoh/g，脱酸率86.36％，中性油得率93.16％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶10批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例11

称取摩尔比例1:3的氯化胆碱/甘油天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入100g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入5glipozymetlim脂肪酶，混合物在40℃水浴搅拌反应0.5h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价5.07mgkoh/g，脱酸率85.19％，中性油得率92.58％，测得大豆毛油酸价0.38mgkoh/g，脱酸率86.23％，中性油得率93.42％，测得菜籽毛油酸价0.46mgkoh/g，脱酸率83.92％，中性油得率93.51％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶10批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例12

称取摩尔比例1:3的氯化胆碱/甘油天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入100g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入10gnovozyme435脂肪酶，混合物在50℃水浴搅拌反应0.5h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价3.76mgkoh/g，脱酸率89.01％，中性油得率95.13％，测得大豆毛油酸价0.17mgkoh/g，脱酸率93.84％，中性油得率93.79％，测得菜籽毛油酸价0.21mgkoh/g，脱酸率92.66％，中性油得率93.41％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶10批次体系脱酸效率无明显降低。

实施例13

称取摩尔比例1:3的氯化胆碱/甘油天然低共熔溶剂100g加入反应釜，在不同的反应釜中分别加入100g米糠毛油、大豆毛油和菜籽毛油加入至上述制备的溶剂中，加入5glipozymermim脂肪酶，混合物在40℃水浴搅拌反应3h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价3.13mgkoh/g，脱酸率90.86％，中性油得率94.12％，测得大豆毛油酸价0.16mgkoh/g，脱酸率94.20％，中性油得率93.44％，测得菜籽毛油酸价0.19mgkoh/g，脱酸率93.36％，中性油得率92.59％。连续回收下层溶剂油和脂肪酶10批次体系脱酸效率无明显降低。

对比实施例1

分别将100g米糠毛油、大豆毛油、菜籽毛油与100g甲醇在不同反应釜中混合，加入5glipaseg50脂肪酶，混合物在30℃水浴搅拌反应12h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价15.76mgkoh/g，脱酸率53.95％，中性油得率70.42％，测得大豆毛油酸价0.72mgkoh/g，脱酸率73.91％，中性油得率75.36％，测得菜籽毛油酸价0.86mgkoh/g，脱酸率69.93％，中性油得率76.53％，lipaseg50脂肪酶和甲醇无法同步实现批次利用。由于甲醇具有挥发性，在脱酸过程中逐渐损失，同时部分甲醇与油相互溶，无法实现批次利用。

对比实施例2

分别将100g米糠毛油、大豆毛油、菜籽毛油与100g乙醇在不同反应釜中混合，加入5glipaseays脂肪酶，混合物在40℃水浴搅拌反应12h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价10.45mgkoh/g，脱酸率69.47％，中性油得率72.36％，测得大豆毛油酸价0.47mgkoh/g，脱酸率82.97％，中性油得率72.89％，测得菜籽毛油酸价0.53mgkoh/g，脱酸率81.49％，中性油得率71.22％，lipaseays脂肪酶和乙醇无法同步实现批次利用。

对比实施例3

分别将100g米糠毛油、大豆毛油、菜籽毛油与100g甲醇在不同反应釜中混合，加入10glipozymetlim脂肪酶，混合物在50℃水浴搅拌反应12h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价15.23mgkoh/g，脱酸率55.50％，中性油得率70.27％，测得大豆毛油酸价0.77mgkoh/g，脱酸率72.10％，中性油得率72.36％，测得菜籽毛油酸价0.83mgkoh/g，脱酸率70.97％，中性油得率75.39％，lipozymetlim脂肪酶和甲醇无法同步实现批次利用。

对比实施例4

分别将100g米糠毛油、大豆毛油、菜籽毛油与100g甲醇在不同反应釜中混合，加入10glipozymermim脂肪酶，混合物在60℃水浴搅拌反应12h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价8.41mgkoh/g，脱酸率75.43％，中性油得率72.33％，测得大豆毛油酸价0.61mgkoh/g，脱酸率77.89％，中性油得率71.42％，测得菜籽毛油酸价0.68mgkoh/g，脱酸率76.22％，中性油得率74.52％，lipozymermim脂肪酶和甲醇无法同步实现批次利用。

对比实施例5

分别将100g米糠毛油、大豆毛油、菜籽毛油与100g乙醇在不同反应釜中混合，加入10gnovozyme435脂肪酶，混合物在70℃水浴搅拌反应6h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价3.35mgkoh/g，脱酸率90.21％，中性油得率70.11％，测得大豆毛油酸价0.32mgkoh/g，脱酸率88.40％，中性油得率72.52％，测得菜籽毛油酸价0.37mgkoh/g，脱酸率87.06％，中性油得率73.29％，novozyme435脂肪酶和乙醇无法同步实现批次利用。

对比实施例6

分别将100g米糠毛油、大豆毛油、菜籽毛油与100g甲醇在不同反应釜中混合，加入10glipozymermim脂肪酶，混合物在80℃水浴搅拌反应3h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价3.98mgkoh/g，脱酸率88.37％，中性油得率72.35％，测得大豆毛油酸价0.45mgkoh/g，脱酸率83.69％，中性油得率70.09％，测得菜籽毛油酸价0.44mgkoh/g，脱酸率84.62％，中性油得率74.27％，lipozymermim脂肪酶和甲醇无法同步实现批次利用。

对比实施例7

分别将100g米糠毛油、大豆毛油、菜籽毛油与100g甲醇在不同反应釜中混合，混合物在80℃水浴搅拌反应3h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价20.24mgkoh/g，脱酸率40.87％，中性油得率67.23％，测得大豆毛油酸价1.29mgkoh/g，脱酸率53.26％，中性油得率64.35％，测得菜籽毛油酸价1.56mgkoh/g，脱酸率45.45％，中性油得率62.08％，甲醇无法实现批次利用。

对比实施例8

分别将100g米糠毛油、大豆毛油、菜籽毛油与100g氯化胆碱/甘油天然低共熔溶剂(摩尔比例1:3)在不同反应釜中混合，混合物在30℃水浴搅拌反应30min，静置6h分层两相，取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价9.53mgkoh/g，脱酸率72.16％，中性油得率80.42％，测得大豆毛油酸价0.79mgkoh/g，脱酸率71.38％，中性油得率79.21％，测得菜籽毛油酸价0.82mgkoh/g，脱酸率71.33％，中性油得率80.54％，天然低共熔溶剂无法实现批次利用。

对比实施例9

分别将100g米糠毛油、大豆毛油、菜籽毛油与100g氯化胆碱/甘油天然低共熔溶剂(摩尔比例1:3)在不同反应釜中混合，混合物在30℃水浴搅拌反应3h，离心取上层油脂进行酸价分析，测得米糠毛油酸价7.38mgkoh/g，脱酸率78.43％，中性油得率84.17％，测得大豆毛油酸价0.62mgkoh/g，脱酸率77.54％，中性油得率86.56％，测得菜籽毛油酸价0.69mgkoh/g，脱酸率75.87％，中性油得率79.23％，天然低共熔溶剂无法实现批次利用。